紅土型鎳鐵礦富集工藝的戰(zhàn)略意義

行英弟，胡國廉

（1.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京 100012；2.北京中色金泰地質(zhì)勘查科技有限公司，北京 100012）

0 引言

鎳鐵在我國是不銹鋼生產(chǎn)的鎳原料主要來源。我國紅土型鎳礦資源貧乏（劉明寶等，2011；付偉等，2011，2013），因此生產(chǎn)鎳鐵的原料主要從印尼和菲律賓進(jìn)口（何燦等，2008；王瑞江等，2008；李雷等，2011；王慶文，2014；周京英等，2015；陳喜峰等，2017；江勝國等，2018）。印尼政府禁止原礦出口令發(fā)布以后，很多紅土礦山已經(jīng)停產(chǎn)，導(dǎo)致鎳礦價格大幅上升，進(jìn)而影響了我國鎳鐵行業(yè)和不銹鋼行業(yè)的生產(chǎn)（魏小蘭，2014；彭萬坤等，2016）。一些鎳鐵廠因為礦源不足導(dǎo)致鎳價格很高，而鎳鐵礦山又因不景氣而停產(chǎn)或減產(chǎn)。我國大部分鎳鐵廠需要的是高鎳的礦石，而在紅土礦資源中高品位礦石所占比例很小（徐小鋒，2007；王瑞江等，2008）。紅土型鎳礦儲量的主體是低品位的紅土礦，目前鎳鐵生產(chǎn)技術(shù)處理這種低品位礦的成本很高（聶樹人，2001）。然而高品位礦的不斷開采利用必將使高品位紅土礦消耗殆盡。預(yù)測鎳的原料將會稀缺進(jìn)而導(dǎo)致鎳價上升。

紅土型鎳鐵礦目前露天開采，廢棄礦坑和廢礦堆對環(huán)境影響較大。在鎳鐵廠，大量堆積的冶煉渣影響了鎳鐵廠的生產(chǎn)。這種狀況由于生產(chǎn)的擴(kuò)大而不斷加深（許智迅和陳華超，2009）。因此，綜合利用低品位紅土礦資源成為發(fā)展方向。采用低能耗、低成本、低投資且環(huán)保的新工藝，最大限度地充分利用不同品位的礦，盡量恢復(fù)采空區(qū)的景觀，減少鎳鐵廠廢渣的排放（劉明寶等，2011）是當(dāng)前迫切需要開展的工作。尤其是在國外原礦出口禁令情況下，解決上述問題刻不容緩。紅土鎳礦富集工藝的研究正是源于此，尤其是對低品位礦的富集顯得更有意義。印尼和菲律賓紅土礦區(qū)電力缺乏，礦業(yè)開發(fā)必須建設(shè)相應(yīng)的電廠。因此，研發(fā)低能耗、低成本及低投資高品位鎳和鐵產(chǎn)品的工藝并盡快用于生產(chǎn)已經(jīng)是刻不容緩。

近年來，我們研發(fā)的催化還原燒結(jié)加磁選技術(shù)富集生產(chǎn)高品位鎳鐵精礦在試驗階段已經(jīng)取得很好的結(jié)果，前期工作成果為現(xiàn)場半工業(yè)試驗打下了良好基礎(chǔ)。本文詳細(xì)闡述了催化還原燒結(jié)加磁選技術(shù)在富集生產(chǎn)高品位鎳鐵精礦中具有的獨特優(yōu)點，該技術(shù)方法對開發(fā)利用紅土鎳礦資源切實可行，具有重要的理論指導(dǎo)意義。

1 當(dāng)前世界普通燒結(jié)方法

當(dāng)前世界傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝是把紅土礦與煤和石灰混合，用不同的燒結(jié)方法（土燒，豎爐，環(huán)燒，帶燒，箱燒，隧道窯，回轉(zhuǎn)窯，轉(zhuǎn)底爐，車底爐等）焙燒，將燒結(jié)礦再送到熔煉爐（高爐，礦熱爐）熔煉生產(chǎn)不同品位的鎳鐵（劉明寶等，2011）。燒結(jié)方法根據(jù)溫度不同，可將吸附水和結(jié)晶水除掉。而部分鎳和鐵被不同程度還原。燒結(jié)礦中的鎳經(jīng)過磁選得到的磁性精礦，鎳和鐵有一定程度的富集。本文利用不同礦石以及現(xiàn)有鎳鐵廠生產(chǎn)的燒結(jié)礦進(jìn)行了實驗，結(jié)果如表1所示。

表1 普通還原燒結(jié)磁選結(jié)果

可以看出，雖然普通還原燒結(jié)可以提高鎳的含量，磁選精礦中鎳品位可以得到一定富集，但只能提高1～2.3倍。

2 燒結(jié)新方法的工藝流程及主要優(yōu)點

2.1 催化燒結(jié)還原-磁選工藝的基本流程

新的燒結(jié)方法為催化還原燒結(jié)，其基本流程見圖1。該方法技術(shù)成熟，而且由于不含投資較大的冶煉廠，省去了冶煉部分的同等規(guī)模鎳鐵廠的投資，投資少、投產(chǎn)時間短，對于在國外投資很有利。磁選和破碎部分需要增加的投資很小。所需要的燒結(jié)溫度為1300 ℃，國內(nèi)很多設(shè)備可滿足要求。

圖1 低品位紅土礦鎳鐵富集基本流程

2.2 催化燒結(jié)還原-磁選與普通還原燒結(jié)的主要區(qū)別

與普通還原燒結(jié)不同，催化還原燒結(jié)是通過加入一些催化劑，將不同存在形式的鎳在高溫下改變其成分和結(jié)構(gòu)后變成具一定磁性的新物質(zhì)，使其可以用一定強(qiáng)度的磁場進(jìn)行磁選與大量的脈石礦物分開。從而從磁性精礦中得到鎳和鐵品位的富集。富集度高的精礦產(chǎn)率低，而富集度低的產(chǎn)率高（表2）。可以看出催化還原燒結(jié)加磁選得到的精礦中鎳的品位在不熔煉情況下就可以達(dá)到或接近不同鎳鐵（低鎳鐵，中鎳鐵和高鎳鐵）中鎳的含量。富集率一般達(dá)到3 以上，也遠(yuǎn)比普通燒結(jié)磁選精礦的鎳的富集度高。特別需要說明的是該工藝可以將占紅土鎳礦儲量70%～80%以上的低品位紅土礦提高到富礦的水平，基本上都可以達(dá)到印尼政府出口產(chǎn)品鎳含量大于4%的要求，這有助于解決我國鎳鐵行業(yè)對高品位紅土礦的原料需求。

表2 催化還原燒結(jié)磁選鎳和鐵富集情況統(tǒng)計表

2.3 用精礦熔煉鎳鐵含量的試驗與計算

對一些鎳鐵廠生產(chǎn)的精礦進(jìn)行了1500 ℃的熔煉實驗，根據(jù)精礦中鎳和鐵的含量進(jìn)行了鎳鐵含量的理論計算（表3）。

表3 精礦實際熔煉與理論計算金屬中鎳和鐵含量對比

采用精礦含量可以大致計算熔煉后鎳鐵中鎳和鐵的含量。由此推斷，如果對采用催化燒結(jié)還原-磁選工藝從低品位紅土礦生產(chǎn)的精礦進(jìn)行熔煉，將可以得到含量更高的鎳鐵（表4）。

表4 礦石及其精礦實際熔煉與理論計算金屬中鎳鐵含量對比

2.4 精礦熔煉的主要優(yōu)點

2.4.1 降低成本

采用催化燒結(jié)-磁選得到的精礦可以排除燒結(jié)礦中50%以上脈石礦物，因此精礦重量比燒結(jié)礦大大減少，而且其成分大部分已經(jīng)是金屬相。即便是需要把精礦再熔煉成全金屬的鎳鐵以進(jìn)一步降低雜質(zhì)成分，加入到熔煉爐的物料數(shù)量比用燒結(jié)礦直接入爐要大幅減少（30%～60%）。因此，熔煉時間，還原用煤耗和熔煉的能耗也要大幅減少。這有利于在缺電或電費高的印尼和菲律賓地區(qū)使用。另外，精礦品位已經(jīng)達(dá)到印尼政府出口標(biāo)準(zhǔn)，同時，由于精礦數(shù)量僅為原礦的10%～30%，如果把精礦運(yùn)回國，海運(yùn)費和內(nèi)陸運(yùn)費也可以大幅減少，僅這一項就可以使生產(chǎn)鎳鐵成本至少減少10%。

2.4.2 增加經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)試驗結(jié)果，計算了幾種不同品位礦富集的經(jīng)濟(jì)效益初步分析（表5）：

表5 幾種不同品位礦富集經(jīng)濟(jì)效益初步分析

（1）催化還原磁選對于燒結(jié)成本的增加不是很高（約占燒結(jié)總成本的19%～20%）。

（2）鎳和鐵的品位均得到了提高。

（3）在低于目前鎳鐵價格且再打20%折扣情況下，原來沒有市場的大量低品位礦可以富集到被國內(nèi)鎳鐵廠接受的高品位原料，利潤可觀，進(jìn)而解決了高品位礦源缺乏的問題。

3 討論

3.1 采用新工藝可影響對資源的需求

從年產(chǎn)100萬t鎳鐵項目采用原礦和催化還原磁選精礦為原料的平衡計算結(jié)果如表6所示：用精礦為原料和用原礦為原料可以生產(chǎn)出基本相同金屬量的產(chǎn)品，而且所需要礦石量可以減少，對資源需求也因此更為合理。

表6 年產(chǎn)100萬t鎳鐵項目采用原礦和催化還原磁選精礦為原料的平衡計算

3.2 新工藝對環(huán)保的貢獻(xiàn)

運(yùn)用本文工藝的燒結(jié)廠可建設(shè)在礦山附近，大量的尾礦可以送到采空區(qū)作為回填復(fù)墾的材料，治理和改善因露天開采而破壞的自然景觀。同時運(yùn)回國內(nèi)鎳鐵廠的材料含的脈石礦物大幅減少，冶煉廢渣排放量也會大幅減少。

3.3 新工藝對海外投資的意義

目前，中國在海外特別是東南亞國家投資紅土型鎳礦項目較多（王瑞江等，2008；許智迅和陳華超，2009；陳喜峰等，2017），已經(jīng)開始以及正準(zhǔn)備在印度尼西亞和菲律賓建立冶煉廠和工業(yè)園項目，上述項目大都需要建設(shè)冶煉廠(高爐或礦熱爐)以及相當(dāng)規(guī)模的電廠，投資較大、建設(shè)周期長。經(jīng)驗已經(jīng)證明在國外建設(shè)全套鎳鐵廠的時間比國內(nèi)要長很多，使一些項目不能很快投產(chǎn)見效。如果采用催化還原磁選工藝建設(shè)一套燒結(jié)廠、生產(chǎn)的精礦運(yùn)回國，對于電的要求大為降低，投資小，建設(shè)期短，投產(chǎn)見效快，風(fēng)險也可以降低。

尤其是在印尼政府宣布原礦出口禁令后，許多印尼鎳礦山因為不能出口而停產(chǎn)。菲律賓方面目前雖然沒有原礦出口禁令，但是多數(shù)紅土礦區(qū)只能生產(chǎn)低品位的礦，高品位礦儲量和產(chǎn)量都很低。如果這種催化還原燒結(jié)-磁選工藝能夠應(yīng)用于這兩個國家，高品位礦的供應(yīng)將會大大改善。

4 結(jié)論

（1）催化還原燒結(jié)加磁選技術(shù)富集效益巨大，不但鎳鐵含量更高，而且熔煉用煤耗和熔煉的能耗大大減少，海運(yùn)費以及以后的內(nèi)陸運(yùn)費也可以大幅減少。

（2）催化還原燒結(jié)加磁選技術(shù)可大幅提高鎳鐵的品位，大量低品位礦也可以富集到能夠利用的高品位原料，利潤可觀，進(jìn)而解決了高品位礦源缺乏的問題。

（3）催化還原加磁選技術(shù)生產(chǎn)的精礦廠投資小，建設(shè)周期短，投產(chǎn)見效快，也可以降低風(fēng)險。

（4）新工藝的燒結(jié)廠建設(shè)在礦山附近，尾礦可以作為回填復(fù)墾的材料，以改善因露天開采而破壞的自然景觀。并且含的脈石礦物大大減少，冶煉礦渣的排放量也會大幅減少。

（5）催化還原燒結(jié)加磁選技術(shù)在印尼和菲律賓紅土礦區(qū)應(yīng)用具有十分現(xiàn)實的意義，可使高品位礦的供應(yīng)大為改善。